Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co and Using Plasma Spraying and Hvof Methods

8/3/2019 Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co

1/85

T.C.

GEBZE YKSEK TEKNOLOJ ENSTTS

MHENDSLK VE FEN BLMLER ENSTTS

PLAZMA PSKRTME VE HVOF

YNTEMLER KULLANILARAK, Cr3C2-NiCr(75/25) ve CrNiBSi+%80 WC-Co

TOZLARIYLA KAPLANAN ELNYAPISI VE YZEY ZELLKLER

As m mer KAYA

YKSEK LSANS TEZ MALZEME BLM VE MHENDSL ANABLM

DALI

TEZ DANIMANIDo.Dr.Metin USTA

GEBZE

2007


2/85

iv

ZET

Tez Bal : PLAZMA PSKRTME VE HVOF YNTEMLER KULLANILARAK, 23C Cr - NiCr (75/25) ve CoWC CrNiBSi + 80%

TOZLARIYLA KAPLANAN EL N YAPISI VE YZEY ZELLKLER Yazar Ad : As m mer KAYA

Bu al mada altl k malzemesi elik olan malzeme 23C Cr - NiCr (75/25) ve

CoWC CrNiBSi + 80% tozlar yla, plazma pskrtme ve HVOF (Yksek H zl

Oksi-Yak t ) teknikleri kullan larak kapland . Kaplanan numuneler metalografik

ilemlerden getikten sonra testlere tabii tutuldu. Mikro sertlik deneyleri yap lannumunelerin XRD grntleri, EDAX analizi ve SEM fotoraflar ekilerek eldeedilen zellikleri aras nda sonular baz al narak kar lat rma yap ld .


3/85

v

SUMMARY

Title of Thesis: THE STRUCTURE AND THE SURFACE BEHAVIOURS OF

STEEL WHICH ARE COATED WITH 23C Cr - NiCr (75/25) AND

CoWC CrNiBSi + 80% USING PLASMA SPRAYING AND HVOF METHODS

Writer: As m mer KAYA

In this study, steel which is the substrate material, is coated with 23C Cr - NiCr (75/25) ve CoWC CrNiBSi + 80% powders using plasma spraying and

HVOF(High Velocity Oxigen Fuel) methods. After the metallographic processes,

some experiments are done. We did the micro-hardness tests and EDAX analysis,

took the photos of XRD and get the SEM pictures. Finally we compared the

properties between the specimens according to the results.


4/85

vi

TEEKKR

Yksek lisans eitimim ve tez al mam sresi boyunca bilgi, tecrbe ve

desteini esirgemeyen Malzeme Bilimi ve Mhendislii Ana Bilim Dili retimyesi olan dan man hocam say n Do.Dr. Metin USTA ya teekkr bor bilirim.

Polonya The Silesian University of Technology de eitim yesi olan ve 6 ayl k Erasmus renci Deiim program mda tez dan man m olan Ph.D.Aleksander IWANIAK e teekkr ederim.

Fikirlerine her zaman dan t m Y ld z Teknik niversitesi Metalurji veMalzeme Mhendislii retim yesi deerli hocam say n Do. Dr. AhmetKARAASLAN a teekkr ederim.

Tez al mam s ras nda yard mlar n esirgemeyen deerli arkadalar m HseyinBAARAN a ve Bige ZLER e teekkr ederim.

renim hayat m boyunca maddi ve manevi destei ile her zaman yan mdaolan deerli aileme teekkr ederim.


5/85

vii

NDEK LER DZN

Sayfa ZET ivSUMMARY v

TEEKKR vi NDEK LER DZ N viiSMGELER VE KISALTMALAR DZ N ixEK LLER DZ N xTABLOLAR DZ N xii

1. GR 12. SERAMK MALZEMELER 23. SERAMK KAPLAMALAR VE KAPLAMA MALZEMELER 4

3.1. Seramik Kaplamalar 4

3.2. Seramik Kaplama Malzemeleri 5

4. TERMAL SPREYLEME 7

4.1. Giri 74.2. Termal Sprey Prosesi 7

4.3. Termal Sprey Kaplamalar n Uygulama Alanlar 8

4.4. Termal Sprey Kaplama Malzemeleri 8

4.5. Termal Sprey Prosesleri 9

5. HVOF YNTEM 105.1. Yntemdeki En Son Gelimeler 12

5.1.1. Yntemin Faydalar 13

5.2. HVOF Sistemlerinin Tasar mlar ndaki Farkl l klar 165.3. Makul S cakl klarda Yksek H zlar 17

5.4. HVOF Kaplama Teknolojilerinin Kullan m ndaki Dzenli Art 176. PLAZMA SPREY KAPLAMA TEKNOLOJS 19

6.1. Giri 196.2. Plazman n Tan m ve Avantajlar 21

6.3. Plazman n zellikleri 23

6.4. Plazma Sprey Sistemi 24


6/85

viii

6.5. Plazma Sprey ( Kaplama) Malzemeleri 26

6.6. Altl k malzemeler 26

6.7. Plazma Spreyin S n fland r lmas 28

6.8. Kaplama Yzeylerinin Haz rlanmas 28

6.9. Plazma Partikl Etkileimi 316.10. Plazma Altl k Malzeme Etkileimi 31

6.10.1. Kat lama 316.10.2. Is Transferi 33

6.10.3. Kaplama-Altl k Malzeme ve Partikller Aras ndaki Balanma 336.11. Sprey Parametrelerinin Kaplama zelliklerine Etkisi 34

6.12. Prosesin Endstriyel Uygulama Alanlar 36

6.13. Plazma Sprey Kaplama Prosesinin Ekonomiklii 387. ALIMANIN AMACI 408. DENEYSEL ALIMALAR 41

8.1. Deneyde kullan lan numunelerin spektral analizi 41

8.2. Deneyin Yap l 418.3. Mikro-Sertlik lmleri 44

8.4. X-I nlar Difraksiyon Analizi ve EDAX analizi 44

8.5. Taramal Elektron Mikroskobu (SEM)ncelemesi 449. SONULAR VERDELENMES 45

9.1. X-I nlar Difraksiyonu Analizi 459.2. Mikro-Sertlik lmleri 48

9.2.1. Yzeyden Mikro-Sertlik lmleri 48

9.2.2. Kesitten Mikro-Sertlik lmleri 49

9.3. Kaplama Yzeyinin SEM Grntleri 55

9.4. EDAX Analizi 5910. SONULAR 70

KAYNAKLAR 71

ZGEM 74


7/85

ix

SMGELER VE KISALTMASI

HVOF Yksek H zl Oksi-Yak t

MPa Megapaskal

M MikrometrePVD Phsical Vapor Deposition (Fiziksel buhar biriktirme)

CVD Chemical Vapor Deposition (Kimyasal buhar biriktirme)

kW Kilowatt

HV Vickers SertliikV Kilovolt

SEM Taramal Elektron Mikroskobu


8/85

x

EK LLER DZN

ekil Sayfa

2.1. Oksit olmayan seramiklerin s n fland rmas 3

4.1. Termal sprey kaplama prosesininematik olarak gsterimi 85.1. Plazma, D-Gun ve HVOF yntemleri aras ndaki zellik ilikileri 146.1. Plazma sprey (APS)ematik gsterimi 206.2. Plazma Spreyin Tarihsel Geliimi 216.3. Ntr Bir Atomunematik Gsterimi 226.4. Plazma Sprey Sistemininematik Gsterimi 256.5. Plazma Sprey Kaplamalar nda Kullan lan Genel Kaplama Malzemeleri 27

6.6. Plazma Sprey Ynteminin S n fland r lmas 28

6.7. Tornalama ve Talama Yzey Deerleri 306.8. Tamam ile ergimi partikln altl k malzeme ile etkileimi 326.9. Termal Spreyin Genel Kullan m Alanlar 37

9.1. St3S yzeyine plazma pskrtme metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozlar n n

pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi. 46 9.2. St3S yzeyine plazma pskrtme metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozlar n n

pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi 469.3. St3S yzeyine HVOF metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozlar n n

pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi 47

9.4. St3S yzeyine HVOF metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozlar n n

pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi. 479.5. Mikro-sertlik deerlerinin kaplama yntemlerine gre deiimi. 499.6. Plazma pskrtme metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm olanelik iin sertlik-mesafe deiim grafii 50

9.7. Plazma pskrtme metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm

olan elik iin sertlik-mesafe deiim grafii 509.8. HVOF metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm olan elik

iin sertlik-mesafe deiim grafii 51


9/85

xi

9.9. HVOF metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm olan elik iin

sertlik-mesafe deiim grafii 519.10. Numune 1 iin sertlik izlerinin SEM grnts 53

9.11. Numune 2 iin sertlik izlerinin SEM grnts 539.12. Numune 3 iin sertlik izlerinin SEM grnts 54

9.13. Numune 4 iin sertlik izlerinin SEM grnts 54

9.14. 1. numaral numunenin SEM grnts 55








9.22. CrNiBSi+%80WC-Co kaplanm numunenin SEM fotoraf 599.23. 1 numaral blgenin EDAX grnts 59

9.24. 2 numaral blgenin EDAX grnts 60

9.25. )25/75(23 NiCr C Cr ile kaplanm numunenin SEM fotoraf 61



9.28. CrNiBSi+%80WC-Co kaplanm numunenin SEM fotoraf 639.29. 1 numaral blgenin EDAX grnts 64



9.32. )25/75(23 NiCr C Cr ile kaplanm numunenin SEM fotoraf 66





10/85

xii

TABLOLAR DZN

Tablo Sayfa 3.1. Seramiklerin y llara gre pazar durumlar (milyon $) 4

3.2. Seramik Kaplama Prosesinde Kullan lan Baz Tozlar 6

5.1. eitli kaplama yntemlerinin karakteristik zellikleri (%88 WC, %12Co) 116.1. Kumlama Malzemeleri ve Kumlama Bas nlar 29

6.2. Yzey Haz rlama in Tornalama Deerleri 306.3. Plazma Spreyle Kaplanm eitli Tabakalar n Sertlii 366.4. 1990 Y l Dnya Seramik Pazar 38

6.5. Kaplanm ve Kaplanmam Pistonlar n Maliyetinin Kar latr lmas 396.6. Bir plik K lavuzu ve Baraban iin Maliyet Hesab 398.1. St3S eliinin kimyasal kompozisyonu 418.2. Plazma Pskrtme Metodu Deney Parametreleri 42

8.3. HVOF (Yksek H zl Oksi-Yak t) Metodu Deney Parametreleri 42

8.4. Numunelerin ebatlar 43

9.1. Numunelerin yzeyden sertlik deer ortalamalar ve standart sapmalar 48

9.2. Numunelerin kal nl k ortalamalar ve standart sapmalar 529.3. 1.numune iin % A rl k 609.4. 1.numune iin % A rl k Tolerans 619.5. 1.numune iin % Atom miktar 61

9.6. 1.numune iin % Atom Tolerans 61

9.7. 2.numune iin % A rl k 639.8. 2.numune iin % A rl k tolerans 63

9.9. 2.numune iin % Atom miktar 639.10. 2.numune iin % Atom tolerans 63

9.11. 3.numune iin % A rl k 659.12. 3.numune iin % A rl k tolerans 659.13. 3.numune iin % Atom miktar 66


9.15. 4.numune iin % A rl k 69


11/85

xiii

9.16. 4.numune iin % A rl k Tolerans 699.17. 4.numune iin % Atom miktar 69



12/85

1

1. GR

HVOF ve Plazma Pskrtme yntemleri, a nm ve tolerans d na km

makine paralar n n geri kazan lmas , makine paralar n n yzey zelliklerinin

iyiletirilmesi ve elik yap lar iin koruyucu kaplamalar elde edilmesi gibi bir ok

endstriyel alanlarda baar l olarak uygulanmaktad r. zellikle kaliteli kaplamalar n

gerekli olduu uygulamalarda plazma jeti ile pskrtme ve HVOF yntemleri dier

yntemlere gre daha ok tercih edilmektedir.

A nmaya direnli malzemelerin kullan m ile oluturulan yzey kaplamalar n

oluturmak zere en yayg n kullan lan yntemlerin ba nda eritme esasl s l

pskrtme yntemleri gelmektedir. Is l pskrtme yntemleri kolay

uygulanabilirlikleri, malzemede arp lma tehlikesi yaratmayacak s girdileri, bir ok

tr malzemenin eitli amalar iin pskrtlebilme olana salamalar gibi

stnlklere sahiptirler. Kaplanan tabakalar n kullan m s ras nda gsterdikleri yksek

a nma direnleri de kullan m art n n bu ynde gelimesini tevik etmektedir.

Dolay s yla, bu al mada s l pskrtme yntemleri, gelimeleri ve yntem esas ,

kullan m yerleri baz al narak a klanm t r.


13/85

2

2. SERAMK MALZEMELER

Genel olarak seramikler, farkl bileimde kristal ve cam yap l fazlar ieren vegenellikle gzenek ihtiva eden malzemelerdir. Bu farkl yap bileenlerinin miktar ve

da l mlar seramik malzemelerin zelliklerini nemli lde etkilemektedir. Yal tkan

bir seramik malzemenin faz dzeninin deitirilmesi suretiyle iletken hale geirilmesi

bu olaya rnek verilebilir. Seramik malzemelere gsterilen ilgi zellikle aa da verilen

zelliklerden kaynaklanmaktad r [Ak l, 1990]:

-yksek s cakl k direnci,- kimyasal kararl l klar n n yksek olmas ,

- ok sert olmalar ,

- younluklar n n dk olmas ,

- a nmaya kar direnli olmalar ,

- s iletkenlik katsay lar n n dk olmalar ,

- basma mukavemetlerinin yksek olmas ve

- hammadde olarak tabiatta kolay bulunmas ve bu yzden ucuz olmalar v.b.

Son y llarda retilen ve yksek teknoloji seramikleri olarak isimlendirilen

seramikler, genel olarak geleneksel seramiklerden bal ca hammadde, retim

yntemleri ve mikroyap a s ndan farkl l klar gstermektedir. Yapay olarak ok ince

tozlardan retilen bu seramikler stn mekanik zelliklere sahiptirler. Mhendislik

seramikleri bal ca: almina, zirkonya, magnezya, berilya gibi saf oksitleri ve ayr ca

nitrr, karbr ve borr gibi oksit olmayan seramikleri ierir. Mhendislik seramiklerinden oksit olmayan seramiklerin s n fland r lmas ekil 2.1' de verilmitir

[Gekinli, 1992].


14/85

3

Karbrler

N itrrler

Borrlr Oksit OlmayanSeramikler

Silisitler

Slfrler

Dierleri

ekil 2.1. Oksit olmayan seramiklerin s n fland rmas [Gekinli, 1992].

Mhendislik seramiklerinin dier bir k sm n oluturan oksit seramikler ise,

Almina ( )32O Al , Zirkonya ( )2 ZrO , Magnezya ( ) MgO ve Berilya ( ) BeO vb. d r.

Oksit seramikler; yksek s cakl kta kullan lmas mmkn olan metal veya metaloid

elementlerinin oksijenle yapt klar bileiklerdir. Oksit seramikler, iyonik bal

olduklar ndan saydaml k, elektrik ve s iletimine diren, diamanyetizma ve kimyasal

kararl l k gibi genel karakteristiklere sahiptir. Bu zelliklerin yan s ra yksek elastik

modl, yksek sertlik, gevreklik, refrakterlik, dk termal genleme ve korozyona

kar diren gsterirler. Dier taraftan oksit seramikler endstride sert a nd r c olarak

kullan lmaktad r.


15/85

4

3. SERAMK KAPLAMALAR VE KAPLAMAMALZEMELER

3.1. Seramik Kaplamalar

Son zamanlarda fonksiyonel kaplama tekniklerine byk bir ilgi

grlmektedir. Bu ilginin bal ca nedenleri, malzemelerin artan fiyatlar yan nda,

a nma ve korozyonun sebep olduu ve her y l milyarlara varan ekonomik kay plar n

giderilmesine ynelik al malar n artmas d r. A nma ve korozyon kay plar n n

azalt lmas iin kullan lan seramik kaplamalar ve mhendislik seramik malzemeleri

olduka nemlidir. Mhendislik seramiklerinde dnya pazar n n % 50'si Japonya,

%30'u ABD ve %20'i ise Avrupan n elinde bulunmaktad r. Tablo 3.1' de seramik

kaplamalar ve mhendislik seramiklerinin ABD' deki pazar durumlar verilmitir

[Soykan, 1993].

Tablo 3.1. Seramiklerin y llara gre pazar durumlar (milyon $).

BLEENLER 1990 1995* 2000*

Yap salSeramikler

350 865 1840

Elektronik Seramikler

2862 4295 6422

Seramik Kaplamalar

371 587 940

*Tahmini

Tablo 3.1 den de grld gibi seramik kaplamalar n pazar pay da srekli bir

byme gstermektedir. lkemizde, TBTAK, THY ve SAKARYA

NVERSTES ile eitli zel sektr kuruluu ve askeri bak m tesislerimizde plazma

sprey kaplama yntemi ile kaplama al malar srdrlmektedir.


16/85

5

3.2. Seramik Kaplama Malzemeleri

Endstrilerin ihtiyac olan makine paralar na, stn zelliklerin kazand r lmas iin

seramiklerden yararlanma yoluna gidilmektedir. Tamamen seramiklerden imal edilen paralar n retim zorluu, pahal oluu ve fiziksel zelliklerinin (k r lganl k, ekil

verme zorluu, vs.) iyi olmamas nemli bir dezavantajd r. Bu dezavantajlar minimum

seviyeye indirmek iin metalik malzemeler zerine seramik kaplamalar

uygulanmaktad r.

Farkl bir ok kaplama yntemiyle (rnein: PVD, CVD, vb.), V(Vanadyum), Ti

(Titanyum), Zr (Zirkonyum), Hf (Hafniyum), Nb (Niobyum), nitrr ve karbonitrrleri

ve eitli oksit esasl seramikler ( 32O Al , 32OCr , BeO, MgO, 2 ZrO ) ieren kaplamalar

metaller zerine baar ile uygulanabilmektedir. En yayg n ve uygulamas kolay

seramik kaplama ilemi seramik tozlar n n pskrtlerek metal zerine kaplanmas d r.

Bu amala en uygun seramik kaplama malzemeleri, mikron boyutunda retilen toz

formundaki malzemelerdir [Metco Technical Bulletin, Powder, 1983].

Karbrler kaplama malzemelerinin en nemlilerinden biridir. Eriyebilen

karbrler, plazma sprey ve dier yntemlerle kaplama ilemlerinde kullan lmaktad r.

Plazma sprey teknii ile kaplama yap l rken karbrlerin hava ile temas nlenmelidir.

Aksi takdirde yksek s cakl klarda karbrler bozulaca ndan, genellikle bu ilemVakum Alt nda Plazma Sprey yntemi ile gerekletirilmektedir. Oksit esasl seramik

malzemelerin ba nda, yayg n olarak bulunmas ve ucuz olmas nedeniyle almina

( 32O Al ) gelmektedir. Sert bir refrakter malzeme olan 32O Al iyi korozyon direnci

gstermektedir. Gnmzde kullan lan mhendislik seramik malzemeler grubu

ierisinde 32O Al ' n n pay %85 olup, zerinde en ok arat rma yap lan 32O Al +

2TiO malzemeler bu gruba dahildir. Oksit esasl seramik malzemelerden olan zirkonya

( 2 ZrO ) seramik kaplamalar n yap ld ilk gnden itibaren zellikle "Termal

Bariyer Kaplamalar " olarak uak ve uzay endstrisi sahas nda ok geni bir

kullan m alan bulmutur. Zirkonyan n gn getike nem kazanmas , u zelliklere

balanabilir [William ve Miller, 1989]:


17/85

6

-ergime s cakl n n ok yksek olmas ,

- erozyon, korozyon ve a nmaya kar dayan kl l k,

- dk termal genleme katsay s ,

- k r lma indisinin yksek olmas ,

- asidik kimyasal maddelere ve crufa kar direncinin yksek olmas v.b.

Seramik kaplamada kullan lan tozlar, uygulanan kaplama proseslerine gre

farkl l k gstermektedir (Tablo 3.2).

Tablo 3.2. Seramik Kaplama Prosesinde Kullan

lan Baz

Tozlar [William ve Miller,1989].

Kaplama Teknii Kaplamada Kullan lan Seramik Tozlar CVD 2SiO , TiSi, TiN, N Si PVD 32O Al , 2O In , T N, TaN, TC

Alev Sprey ZrO2, O Al OCr Plazma Sprey ZrO2, 32O Al , 32OCr , 2TiO , 2 MoS


18/85

7

4. TERMAL SPREYLEME

4.1. Giri

lk alev (oksi asetilen) tabancalar n n toz ve tellere uygulanmak iin modifiye

edildii 1900'lerin ilk y llar ndan gnmze kadar termal spreyleme teknolojisinde

havac l k ve uzay sanayindeki ilerlemelere paralel olarak ok byk gelimeler

olmutur. Termal spreyleme prosesleri /kaplama zellikleri ilikilerinin daha iyi

anla lmas termal sprey kaplama uygulamalar n n artmas ve yeni proseslerin

(yksek h

zl

oksi yak

t, dk bas

nl

plazma spreyleme, vb.) gelitirilmesi ilesonulanm t r [Smith ve ark. , 1994].

4.2. Termal Sprey Prosesi

Termal sprey proseslerinde kaplanacak yzey, boyan n pskrtlmesindeki

mant a benzer ekilde, ergimi damlac klar ile bombard man edilmektedir.

Boyamadan farkl olarak kaplama malzemesi oda s cakl nda s v deildir ve bir

yksek enerjili s kayna taraf ndan ergitilmek zere s t lmakta ve kaplanacak

malzemenin yzeyine spreylenmektedir. Kaplanacak malzeme oksidasyondan ve

distorsiyondan ka nmak iin dk s cakl klarda (200-300C) tutulabilmektedir.

Yzeye arpan damlac klar altl k malzeme ile s transferinin yksek olmas nedeni

ile k sa srede yass lamakta ve soumaktad r (ekil 4.1.).

Kaplaman n altl k malzemeye yap mas temelde mekanik balanma k smen de

kimyasal balanma etkisiyle olmaktad r. Kuvvetli balanman n salanmas iin

altl k malzemenin yzeyi nce kimyasal olarak temizlenir daha sonra abrasif

partikller pskrtlerek przlendirilmektedir. Partikller przl yzeyin hem

oyuklar na girerek hem de yzey pikleri zerinde bzerek kat la rlar ve

kaplaman n daha kuvvetli olarak balanmas n salarlar [Kwin, 1989].


19/85

8

ekil 4.1. Termal sprey kaplama prosesininematik olarak gsterimi[Unger,1998]

4.3. Termal Sprey Kaplamalar n Uygulama Alanlar

Termal sprey kaplamalar aa daki amalara uygun olarak fonksiyonel yzey

kaplamalar olarak uygulanmaktad r; [Smith, 1991 ve Kwin, 1989]

-Abrasif a nmaya kar diren

-Termal yal t m/ bariyerler

-Oksidasyona kar korunma

-Korozyon direnci

-Elektriksel olarak yal tkan veya iletken yzeyler

-Yalama

-mplant malzemesi

4.4. Termal Sprey Kaplama Malzemeleri

Termal sprey prosesi ile dk ergime noktal metaller, seramikler, refrakter

karakterli metaller, cams metaller, polimerler ve bu malzemelerin kombinasyonlar

gibi geni bir aral ktaki s v hallerinde kararl olan tm malzemeler termal sprey

proseslerinden en az birini kullanarak altl k malzemeleri kaplamada

kullan labilmektedir [Kempton, 1993].


20/85

9

4.5. Termal Sprey Prosesleri

Termal sprey prosesleri iki ana grup alt nda incelenmektedir. Birinci grup

yanma prosesi olarak adland r l r ve bir hidrokarbon yak t n (asetilen, propan,hidrojen, vb.) ile oksijen (veya havan n) kaplama malzemesinin ergitilip altl k

malzeme zerine spreylenmesi iin gerekli entalpi ve kinetik enerji salamas iin

yanmas esas na dayanmaktad r. kinci grupta ise elektrik gc toz partikllerini

spreylemek iin kullan lan enerjinin kayna olmaktad r. Alev spreyleme, elektrik

ark spreyleme, eitli yksek h zl oksi yak t teknikleri ve detonasyon teknii gibi

eitli yntemler rnek olarak verilebilir [Sahoo, 1993].

Alev, Elektrik Ark, Detonasyon ve Plazma sprey yntemleri ticari olarak

kullan lan en nemli termal sprey yntemleridir. Ayr ca bu prosesler ile

spreylenebilir iki formda malzeme mevcuttur; tel veya ubuk ve toz [Groshart,

1985].

Termal spreyleme prosesleri ile oluturulan kaplamalar n younluu

prosesler taraf ndan oluturulan partikllerin s cakl na ve arpan partikllerin h zlar na bal d r. Termal sprey proseslerinde s cakl klar 2500-

15000 C aras nda, partikl h zlar ise 30-40 m/sn' den 800 m/sn' ye kadar

deien aral klarda olmaktad r. Partikllerin sahip olduu s cakl k ve h zlar

ne kadar yksek olursa oluturulan kaplamalar n younluu da o kadar

yksek olmaktad r. Bir elik zerine plazma spreylenmi nikel-aluminyum

ba tabakas , alev spreylenmi nikel-aluminyum ba tabakas ndan yakla k

olarak kat fazla ba mukavemeti verebilmektedir. nk plazmatabancas n n rettii partikl h z ve s cakl k deerleri alev spreylemede

oluturulan h z ve s cakl k deerlerinden ok daha yksektir[Unger, 1988].


21/85

10

5. HVOF YNTEM

Is l pskrtme cihaz reten kurulular, ekipman, malzeme ve uygulamalar n

geliiminden dolay , ticari olarak uygulanan yntemleri kullanarak en iyi

kalitedeki kaplamay retme amal arat rmalara ynelmilerdir. Yksek h zl

oksi-yak t yntemi (HVOF), metal pskrtme teknolojisinde son on y l n en

nemli geliimidir. Yntem 1980' li y llar n ba nda D-Gun yntemine alternatif

olarak gelitirilmi ve yntemin baar s ndan dolay 1980' li y llar n sonlar na

doru ticari olarak piyasaya sunulmutur. HVOF ekipman ndaki en yeni gelime

gaz yak ttan s v yak ta olan deiikliktir.

Yksek h zl oksi-yak t pskrtme ynteminde, oksijen ve s v yak t bir

odac kta yak ld ktan sonra tozlar n enjekte edildii nozula doru ynlendirilir.

Nozulda bulunan tozlar ve yan c gazlar, gaz jetinin genlemesi ile ses st bir

h zda atmosfere kmaktad r. [ Ronald W.S. ve Ronald D.F, 1994].

HVOF ynteminde, 0.75 Mpa gibi yksek bas nlarda i paras na arpantaneciklerin ortaya kard klar kinetik enerji dier pskrtme yntemlerine

gre ok yksek deilse edeer bir balanma mukavemeti elde edilir. Bylece

bu yntem, taneciklerin kinetik enerjileri ile plazman n s l enerjisinin yer

deitirerek ok iyi balanm ve younluu iyi olan kaplamalar retmektedir

[Holf, 1995].

Ayr ca bu yntemin, yanma odas ndaki bas nc n artt "yksek bas nl yksek h zl oksi-yak t pskrtme" eklinde bir dier tr de vard r. Roket

teknolojisi esas al narak tasarlanan tabanca ile daha yksek bas nc n bileimi,

tabancadan daha yksek enerjiyi reterek a nmaya ve korozyona kar en iyi

diren gsteren kaplamalar oluturulur.

HVOF yntemi ile a nmaya ve korozyona kar koruma ile s l ve

elektriksel izolasyon iin kaplamlar retilmektedir. Pskrtme parametrelerizel uygulamalar iin ayarlanabilmektedir. Yksek dolgu oranlar , geni yzey


22/85

11

paralarda ilem zaman n k saltmaktad r [Charles, 1994].

HVOF ynteminin, en byk zellii pskrtme an nda esas metalin

yzeyi yakla k 100C amamas d r. Bundan dolay malzemede distorsiyonve metalurjik olarak bir deime meydana gelmez. Pskrtme torcu ve esas

yzey aras ndaki mesafenin ayarlanmas yla esas yzeyde anormal bir s cakl k

art grlmemitir [Parker ve Kurtner].

HVOF yntemiyle, yap lan tungsten-karbr kaplamalar plazma yntemine

gre daha yksek balanma mukavemetine, dk oksit ieriine ve poroziteye

sahip kaplamalar elde edilir. Pskrtme sistemleriyle, yap lan kaplamalar nkarakteristik zelliklerini Tablo 5.1'de grmek mmkndr.

HVOF D-Gun Standart Plazma Yksek-H zl Plazma

Alev s cakl ( C )

2760 2760 11,100 11,100

Gaz H z March 4 March 3 Ses Alt March 1

DPH300 1,050 1,050 750 950

Porozite (%) 0


23/85

12

5.1. Yntemdeki En Son Gelimeler

HVOF ekipman nda en son gelime gaz yak ttan s v yak ta gei

deiikliidir. Ayr ca HVOF sistemi, artan yanma odas bas nlar nedeniylegenellikle HP (yksek bas n) / HVOF olarak adland r l r, (gaz yak tl HVOF

sistemleri genellikle 0.207 - 0.414 MPa' da, HVOF 0.621 - 0.828 MPa' da

al r). Daha yksek bas nlar, roket teknolojisine dayanan tabanca

tasar mlar yla beraber, daha iyi a nma ve korozyon direnci retmek iin

kullan labilen tabancada daha yksek enerjilerin retilecei anlam na gelir.

S v yak tlar n kullan m , alternatif gaz yak tl sistemlere gre teknik ve

ticari avantajlara sahip dier birok esiz olanak salar. Maliyet a s ndan en

kesini iletim maliyetidir. HVOF, gaz yak tl HVOF' da en popler yak tlar olan

hidrojenin %15' i propilenin %50' si kadar maliyetli yak t kullan l r. Dier

yandan HVOF yakla k olarak iki kat fazla oksijen kullan r fakat bu

denklemdeki en ucuz elementtir ve s v yak t kullanman n ticari avantaj n

ortadan kald rmaz. Buna ek olarak s v yak t n emniyetli olmas nedeniyle

birok kalorifer kazan nda kullan lmaktad r.

Enerji maliyetindeki bu nemli azalmalar HVOF' un ok daha yksek

enerji seviyelerinde ve greceli olarak dk yanma s cakl klar nda al acak

ekilde gelitirilmesine olanak vermitir. Tipik pskrtme parametresi termal

deil kinetik enerji olan 250 kW' a kadar g salar. Yanma s cakl gaz

yak tl HVOF sistemlerinden daha dk olan 300 ile 500 C aras ndad r.

Kinetik enerji patentli birletirici/da t c memenin roket motorlar ndaki gibi

kullan m yla maksimize edilir. Bu daha nceki mevcut gaz ve partikl h z ndan

daha yksek bir h z salar. Sonutaki kaplamalar stn younluk ve sertlikle

olur ve s k ma gerginliini (basma gerilmesini) korumak gibi az bulunan bir

zellie sahiptirler. Bu gerilmeart , ba iddetinde (younluunda) ve tm

kaplama kalitesinde bir azalma olmaks z n kaplama kal nl n artt rma imkan

verir. Gerekte baz materyaller iin, hi kal nl k s n rlamas yoktur.


24/85


25/85

14

eitli termal pskrtme ilemlerinden elde edilebilecek tipik sertlikleri

gsterilmektedir. Gaz yak tl sistemler iin tipik sertlik 1000-1200 HV

dzenindedir. HVOF olabilecek en yksek al konan karbr oranlar yla 1500 HV

kadar sert kaplamalar retir. Bu gelime ok eitli ortamlarda stn a nma

direnciyle kendini gsterir. HVOF ayr ca, tungsten karbr kaplamas iin

kullan ld nda kurulmu tecilli D-Gun ilemini performans olarak aan ilk

sistemdir.

ekil 5.1. Plazma, D-Gun ve HVOF yntemleri aras ndaki zellik ilikileri

Anti-korozyon uygulamalar iin kaplama kalitesini lmek iin, farkl bir grup

art n kar lanmas gerekir. Gzeneklilik alt tabakan n korunmas iin yap lan

kaplama boyunca bir korozyon yolu oluturabilecei iin younluk byk nem ta r.

HVOF test edilmi ve gaz yak tl sistemlerden ok daha az gzeneklilik gstermitir.

Dier olas korozyon yolu kaplamada pskrtme srecinde retilen oksitler ile

oluur. HVOF dk yanma s cakl lar na en k sa partikl s nma srelerine

sahiptir, bu yzden HVOF teknolojisiyle olas en dk oksit kaplamalar retir.

Bunlar n kalitesi yle yksektir ki vakum plazmas n n bir zamanlar ula lamayan

kalitesiimdi HVOF kullanan MCrAlY kaplamalar taraf ndan tehdit edilmektedir.

HVOF ilemi bizlere birok avantajlar sunar. Bunlar; kal n kaplama

kapasitesi (belirli metaller iin 2.5 mm den fazla), para bykl s n rlamas

olmamas , kimyasal solsyon korumas na ihtiya duymamas ve daha dk tertibat

(kurma) ve uygulama maliyeti. HVOF termal pskrtme minimum sekiz aamal bir


26/85

15

ilemdir.

HVOF pskrtme ayr ca, zel uygulama artlar iin ok say da farkl

kaplama kimyasal

aras

nda seim yapma olana

n

salar. ok say

da HVOFkaplamas laboratuvarda ve sahada kullan larak youn ekilde test edilmitir. rnein,

tungsten karbr-kobalt HVOF kaplamalar n n kullan m (rnein, Diamalloy

2005). Bu kaplama hidrolik piston kollar ve pompa paralar gibi yksek a nma

direnci, ince sonu kapasitesi ve gl adhezyon (yap ma) gerektiren uygulamalarda

kullan l r.

Ayr ca testlerde kan tlananlar, nikel krom molibden, demir krom molibdenve tungsten karbr-kobalt/nikel krom molibdendir. Bu kaplamalar n performans

incelenmi ve spesifik ortamlarda yksek a nma direnci, yksek yap ma ve

korozyona kar dayan m zellikleri gstermitir [Bolles, 1995].

HVOF' un ekonomik avantajlar ve yksek kaplama h zlar eskiden ekonomik

veya pratik olarak olas olandan ok daha geni uygulama alanlar n n ele

al

nmas

na olanak verir. Ayr

ca a

nma direnci uygulanmas

nda paran

n mrnuzatman n bir yolu olan daha kal n kaplama uygulamas seenei sunar. Bu

pazardaki dier gaz yak tl HVOF sistemlerinde olas bir seenek deildir.

HVOF' un dier bir faydas tamamlama maliyetinde azalmad r. Doru tozla,

retilen kaplama younluklar daha przsz sonulara olanak verir ve ok

ince pskrtlm profil (grnm) bitirmek iin gereken zamanda azalmaya yol

aar. Daha przl pskrtlm kaplama gerektiinde, ya pskrtme parametrelerinde ya da toz boyutunda bir deiiklik kolayl kla doru zm salar.

Tm bu faydalar yla, pazardaki HVOF sistemlerinin en basiti ve en az bak m

gerektiren bir sretir. Ayr ca, kaplama teknolojisindeki herhangi bir yenilie

kolayl kla adapte olmas n salayan, ok az say da deiken parametreye sahip

olmas da bir avantajd r. Sre ayr ca parametrelerdeki deiikliklere greceli olarak

duyars zd r ve bu yksek kalitede kaplamalar n retilebilecei geni bir al ma

alan salar [Davies ve Breitsameter, 1995].


27/85

16

5.2. HVOF Sistemlerinin Tasar mlar ndaki Farkl l klar

Tm HVOF sistemleri genel anlamda benzerdir; fakat tasar mlar nda nemli

oranda farkl l k gsterirler. HVOF tabancalar , iine bir gazl (propilen, propan,hidrojen, MAPP veya asetilen) veya s v yak t n (Jp-5000 durumunda K-l kerosen)

ve oksijenin 0.5-3.5 MPa yksek bas nlarda ve 0.016 m3/s' ye kadar yksek ak m

h zlar nda enjekte edildii bir i yanma odas ierir. Sonra bu rnler atelenir ve

srekli olarak yak l r, sonutaki alevin spersonik olarak yay lmas na izin verilir ve

rnler roket motorunkine benzer uzun bir a zdan atmosfere kar. Toz yanma

odas n n iine veya aa pskrtlr ve partikller alev taraf ndan s t l r ve

h zland r l r. Birok HVOF sistemi taraf ndan retilen yksek "kar bas nlar"(tozun "dk bas n" boaz blgesine pskrtld birletirici/da t c az ile JP-

5000 bir istisnad r) tozu s cak gaz jetlerine ta mak iin bas nl toz besleyicilerin

kullan m na ihtiya duyarlar.

Mevcut ticari sistemlerle aralar ndaki temel dizayn farkl l klar unlard r: su

veya hava soutmas n n kullan m , eksenel veya radyal pskrtmesi, yak t ak lar ve

kompozisyonu, yanma odas bas nc ve biimi, toz enjeksiyon konumu ve a zdizayn ve uzunluu. Birok sistem, jetlerin yksek y lmalar (entalpileri)

nedeniyle, az n erimesini ve bozunmas n engellemek iin su soutmal d r. letim

farkl l klar yanma bas nc n , gaz tiplerini ve ak oranlar n , a z uzunluunu (ki bu

partikl kalma/ s nma zaman n belirler), alev/partikl s cakl klar n , ula lan partikl

h zlar n ve yanma stoikometrisini ierir. Soutucu s , jet entalpisini ve partikl s s n kontrol etmekte nemli bir parametredir ve tipik olarak su k s cakl 50 C

olarak belirlenir.

Toz morfolojisini ve byklk da l m birok HVOF tasar m nda plazma

pskrtmedekinden daha kritiktir. Bu ince (mikro byklkteki) tozlar n HVOF

jetinde eriyecei ve zellikle toz besleme jetin merkezinde tutulmazsa kullan lan

daha uzun a zlar n duvarlar n n iinde kalaca gereiyle ilgilidir. Birok HVOF

reticisi pskrtme-kurutmal , toplanm ve sinterlenmi ve plazma younluklu

tozlar n yap s n n ve morfolojisinin en iyi her bir kaplamalar rettiini bulmulard r.


28/85

17

Metal tozlar HVOF ilemi iin uygun deillerdir. HVOF sistemleri tipik olarak

kresel morfolojide ve -45 ila +10 veya 15 m byklk aral ndaki tozlarla en iyi

al r.

5.3. Makul S cakl klarda Yksek H zlar

1370-3930 m/s gaz h zlar , kar l k gelen 480-1020 m/s toz partikl h zlar yla,

rapor edildi. HVOF jetlerinde gaz s cakl klar tipik olarak kullan lan yak ta ve

plazma pskrtme kaplama sistemlerindeki jet s cakl klar ndan daha dk olan

10.000C civar ndaki yanma stoikometresine bal olarak yaln zca 1650C-2760C

dir. Ancak daha yksek yanma bas nlar ve s cakl k iin daha uzun kalma

sreleriyle beraber HVOF sistemlerinde ula lan nemli orandaki daha yksek

partikl ivme ve h zlar , pskrtlen materyale etkin s transferini ve materyalin

etkin s nmas n salar. Gerekten bu tozun tamam ile eritilmesi veya a r s t lmas

ihtiyac n ortadan kald rabilir. nk, HVOF sistemlerinde yeterli partikl

biimlemesi veya "s cak biimleme" youn (>99%) kaplamalar retmek iin alt

tabakaya arparken ortaya kar. Partikl s nma sreleri, tabancan n dizayn na,

pskrtlen materyalin zelliklerine ve byklk da l m na bal olarak 75-305

mm aral nda retilen a z uzunluunun bir fonksiyonudur. Ancak a z

soutmaya s kay plar jetin entalpisini ve s tma etkinliini azaltaca iin a z

uzunluu her bir materyal iin optimize edilmelidir. A r s tma ve/veya

partikllerin a zda erimesi az n duvarlar nda istenmeyen kal nt lara yol

aabilir ve s n rl gaz ak nedeniyle dzensiz ileyie yol aar. HVOF taraf ndan

retilen daha yksek partikl h zlar ve momentum kaplama younluunda art a,

gelimi kaplama yap mas na ve daha ince da lm oksit ieriklerine neden olur.

5.4. HVOF Kaplama Teknolojilerinin Kullan m ndakiDzenli Art

HVOF kaplama teknolojilerinin uygulamalar ve kullan m son on y lda

dzenli olarak artmaktad r. Literatrde, zellikle termal pskrtme zerine eitli


29/85

18

ulusal ve uluslararas toplant larda ve Termal pskrtme Teknolojisi yay n nda

birok uygulama rapor edilmitir. Karbr kaplamalar HVOF uygulama alan nda

ba s radad r.

Ek olarak, HVOF srelerinin ok say da uygulama al malar yrtlm,

ilki Basic Industry Research Laboratory taraf ndan gerekletirilen geni bir

incelemedir. Devam eden incelemeler Drexel niversitesi TWI taraf ndan

yrtlmektedir. TWI al mas nda, ok say da toz tipi, TopGun sistemi kullanan

yumuak elik alt tabanlara pskrtlr. Burada ana ama, ilem

parametrelerinin kaplama yap s zerindeki etkisini anlamakt r. Drexel

al mas , endstri sponsorlar konsorsiyumuna HVOF srelerinin

kapasitelerini anlamak ve daha bilimsel bir temel salamak iin balat lm t r.

Ama zellikle, ilemin retilen kaplaman n yap s ve karakteristikleri zerindeki

etkisini anlatmay amalamaktad r [Irving ve ark.].

Yksek H zl Oksi-Yak t Pskrtmenin Uygulama Alanlar :

- Uak sanayinde: trbin kanatlar ,

- Ka t sanayinde: Kurutma silindirleri, s y r c b aklar,- Tekstil sanayinde: polimer b aklar ,

- Tel ekme sanayinde : tel ekme makaralar ,

- Petro kimya sanayinde: salmastra burlar , piston rodlar , srgl vanalar,

- Lastik sanayinde: bamburi mikserleri.


30/85

19

6. PLAZMA SPREY KAPLAMA TEKNOLOJS

6.1. Giri

Teknolojinin mhendislik alanlar nda h zla ilerlemesi sonucu, makine yap

elemanlar ve malzemeleri devaml artan kompleks talep profillerini kar lamak

durumunda kalmaktad r. Malzemelerin retiminde kullan lan hammadde rezervlerin

azalmas ve malzeme maliyetlerinin artmas da mevcut malzemelerin farkl talepleri

kar layacak ekilde dizayn edilmelerini gerekli k lmaktad r.

Plazma kaplama yntemi bir tabakan n kuvvetlendirilmi yzey zellikleri ile bir

ana metalin farkl nitelikli bir tabaka ile kombinasyonuna imkan salar. Endstride

kullan lan plazma sprey yard m yla a nma, s nma veya korozyon ile bozulmu

blgelerin kaplanmas yla tamirat da mmkndr. Plazma kaplama ayn zamanda ilem

esnas nda ana metal s cakl klar n dk tutarak hassas paralar n s l deformasyonlara

urama endiesini ortadan kald r r.

Plazma sprey teknolojisindeki ana dnce; pahal olmayan ana malzeme

zerine ince ve koruyucu deeri yksek bir tabaka meydana getirmektir. Proses,

iyonize olmu bir gaz iinde ergimi olan malzemenin kaplanacak yzeye ok h zl bir

ekilde pskrtlmesieklinde uygulanmaktad r (ekil 6.1).

Termal sprey kaplama tekniinin bir alt grubu olan plazma sprey kaplama

yntemi, yksek proses s cakl yla geni bir sahada malzeme ilenmesine ve bunlar n

endstriyel alanda kullan lmas na imkan salar. Plastik ekillendirilebilir ve tok

malzemeler olan metallerle yksek s cakl a ve a nmaya direnci yksek olan

seramiklerin kombinasyonu sonucu optimum zellikli malzeme retimi

salanmaktad r. Bu yntem, proseste kullan lan sprey malzemelerinin formuna (tel,

toz, eriyik banyosu, ubuk) veya kullan m amac na gre (korozyon, izolasyon ve

a nmadan korunma) ve kullan lan enerji eldesine gre (alev, detonasyon, induksiyon,

plazma ve elektrik boalmas ) s n fland r lmaktad r .


31/85

20

Termal sprey kaplama teknii, endstriyel olarak ilk defa 1939'da Reinecke

taraf ndan kullan lm ve daha sonra amerikanirketleri taraf ndan gelitirilmitir. Bu

teknik, spesifik yzey zellikleriyle kaplama sahas nda ok ynl yntemlerin

gelimesini salam t r. Bu yntemle retilen malzemelerin niversal bir karaktere

sahip olmas ndan dolay proses h zl bir geliim gstermi ve nem kazanm t r

[Lugscheider ve Jokiel, 1993].

Termal sprey konusundaki ilk al malar 1920'li y llarda Schmeizer M.U.

Shoop taraf ndan yap lm t r. nceleri bir eriyik metal s v s n n pskrtlmesini

kapsayan yntem, daha sonralar ok h zl bir gelime gstermitir. ekil 6.2'de

termal spreyin tarihsel geliimi verilmitir. Proses esnas nda ergiyen partikller yksek

bir h zla malzeme yzeyine pskrtlr ve souyarak kat la r, yzeyde tabakal bir

yap meydana gelir. Pskrtlen partikllerin erime ve kat lama gibi fiziksel

dnmleri proses esnas nda meydana gelir[Esschauner ve Lugscheider, 1985].

ekil 6.1. Plazma sprey (APS)ematik gsterimi [Lugscheider ve Jokiel,

1993].


32/85

21

ekil 6.2. Plazma Spreyin Tarihsel Geliimi

6.2. Plazman n Tan m ve Avantajlar

Plazma, eit say da serbest elektron ve pozitif iyon bulunduran, genellikle

maddenin 4. hali olarak nitelenen younlat r lm bir gazd r. Normal gazlar (CO,2CO , 2SO ) s t ld klar nda klasik fizik ve termodinamik kanunlara uygun davran

gsterirler. Plazma ise bu kanunlar n d nda bir davran gstermektedir. Bu nedenle,

bilinen gaz halinden daha yksek enerji seviyesine ulam gaz halini tan mlamak iin

plazma terimi kullan lmaktad r.

Plazma durumunu incelemek iin gazlan oluturan atom ve molekllerin

durumu deerlendirilmelidir.ekil 6.3'de ntr bir atomematik olarak grlmektedir.ekilde grld gibi bu atomda iki pozitif elektrik yk vard r ve ekirdek etraf nda

dnen iki elektronla ntr haldedir. Bu durumdaki atoma eer yeterince enerji

uygulan rsa en az ndan bir elektron yrngenin d na at l r. Bu ilem iin gerekli

enerji ise, o atom iin "iyonizasyon enerjisi" olarak nitelendirilir[Herman, 1990].


33/85

22

ekil 6.3 Ntr Bir Atomunematik Gsterimi[Herman, 1990].

ki veya daha fazla ntr atomun birlemesi molekl olarak adland r l r ve tek bir

para olarak kabul edilir. Bu durum diatomik gazlar dediimiz azot veya hidrojen

gibi gazlardaki durumu da ifade etmektedir. Azot gibi diatomik gazlarda

molekllerin ayr t 4 molekl gzlemlenir. Yeterli enerji uyguland nda

molekldeki ba paralan r ve ayr an atomlar birbirinden uzakla r.

Atomlar n iyonlamas sonucu ortaya kan bu gaz daha nce de bahsedildii

gibi, "plazma" olarak isimlendirilir.yonlar n (+) ykl ve elektronlar n (-) ykl

olduklar unutulmamal d r. yonlat rma sonucu elde edilen plazma gaz elektrik ykl

partiklleri iermektedir ve olaya bir btn olarak bak ld nda elektriksel olarak

ntrdr. nk, plazma iindeki tm art (+) ve (-) yklerin say lar birbirine eittir.

Plazman n iki nemli avantaj vard r: Birincisi olduka yksek s cakl k, ikincisi

maddelere daha iyi s transferi salamas d r. Is t c ortam ile s t lan malzeme aras ndaki

s cakl k fark ne kadar yksek ise s tma h z da o derece yksek olmaktad r [Janes, 1987].

Plazma iin gerekli enerjiyi gaz ktlesine mekanik, s , n, magnetik ve

elektrik enerjisieklinde vermek mmkndr. En yayg n kullan m ve nemli olan

yntem elektrik enerjisi ile plazma elde edilmesi yntemidir. Bu yntemde gazktlesine enerji elektrik boalmas eklinde verilmektedir. Bu nedenle plazma


34/85

23

oluumunu anlamak iin elektrik boalma mekanizmas n n bilinmesi gereklidir.

6.3. Plazman n zellikleri

Plazman n genel zellikleriu ekilde s ralanabilir [Thorpe, 1993];

-Plazma d ortama kar elektriksel olarak ntrdr. Yani plazma ierisindeki pozitif

yklerin say s , negatif yklerin say s na eittir. Proseste disosasyon, iyonizasyon

ve bu olaylar n tersi olan rekombinasyon olaylar srekli meydana gelir.

-Plazma iyi bir elektrik ve s iletkenidir. Bu nedenle plazma iindeki parac klar

bir enerji ta y c s d r. Plazma iindeki h zlar n yksek oluu nedeniyle zellikle

elektronlar elektrik ve s iletiminde esas rol oynarlar.

-Plazma rotasyonsimetrik bir yap ya sahiptir. Buradaki silindir simetrisini salayan

katodtan k p, anoda kadar devam eden plazma ak d r.

-Plazma yksek s cakl k ve enerji younluuna sahiptir. Plazman n s cakl , enerji

younluu, plazma ekseni zerinde maksimum olup, radyal ynde d a doru bu

deerler h zla azal r. Plazma s cakl ak m iddeti ve plazma kesitine bal olarak

deiir.

-Plazmay magnetik ve termik olarak s k t rmak, dolay s yla enerji

younluunu ve s cakl n s n rs z bir ekilde ykseltmek mmkndr. Plazmaanizotropiktir, yani zellikleri farkl dorultularda deiir. Plazma elektrik ve manyetik

alandan etkilenir.


35/85

24

6.4. Plazma Sprey Sistemi

Plazma sprey yntemi ile kaplama ileminin gerekletirildii sistem bal ca;

-G nitesi,

-Gaz besleme nitesi,

-Toz besleme nitesi,

-Soutma sistemi,

-Sprey tabancas ve

-Kontrol nitesinden meydana gelmektedir.

Plazma sprey sistemininematik olarak gsterimiekil 6. 4' da verilmitir. Plazma

sprey ynteminde, DC elektrik ark' , nozul ile elektrot aras nda oluur. Soy gaz

(genellikle argon) veya soy gaz kar mlar ile gc artt rmak iin az miktarda ilave

edilen hidrojen gaz , plazma jeneratrnn ark blgesine gnderilir ve elektrik ark' ile s t l r. Gaz kar m , yakla k olarak 8000 C ye kadar s narak iyonize hale gelir.

Bylece, yksek s cakl k plazma bzmesi tabancas n n nozulundan kar. Bu sistemde,

seramik tozlar plazma alevine, ta y c gaz yard m yla sspanse halinde beslenir.

Yksek s cakl n etkisiyle eriyen tozlar, kaplama yap lacak yzeye h zla arparak

kat la r [Metco Technical Bulletin, 1990].

Plazma sprey sonunda elde edilen kaplaman n yap s , ince ve tabakal d r. Baz

kaplamalarda ise h zl kat lama sonucu amorf yap elde edilmektedir.


36/85

25

ekil 6.4. Plazma Sprey Sistemininematik Gsterimi


37/85

26

6.5. Plazma Sprey (Kaplama) Malzemeleri

Aa daki gerekliliklere uyan tm malzemeler plazma sprey

kaplamalar

n oluturulmas

iin sprey malzemesi olarak kullan

lmaya uygundur;

- Sprey malzemesi sblimasyon, oksidasyon gibi istenilmeyen yollar ile

deiiklie maruz kalmaks z n ergiyebilmelidir.

- Sprey malzemesi spreyleme iin uygun bir formda (taneekli, tane

boyutu ve da l m ) toz olarak retilebilir olmal d r [Villat. , 1986]. Plazma sprey

kaplama tozlar sinterleme, sol-jel, mikro peletleme ve atomizasyon gibi birok yolla retilmektedir. Tozlar n retim yntemi ile ilikili olarak tozun morfolojisi

(kresel, keli veya uzun tozlar) ve tane boyut da l m ndaki gelimeler

kaplama zelliklerinde ve kelme veriminde deimelere yol aabilmektedir.

Yksek kalitedeki sprey tozlar kresel ekle, dk oksijen ve cruf ieriine ve

dar tane boyut da l m na sahip olmaktad r [Nicoll ve Eschnauer, 1937].

6.6. Altl k malzemeler

Tm metal ve ala mlar plazma kaplamalar iin altl k malzemeler olarak

kullan lmak iin uygundur. En nemlileri iseunlard r; [Villat, 1986]

- Tm elik trleri

- Gri ve Kresel grafitli dkme demir

- Nikel ve kobalt ala mlar

- Alminyum, magnezyum ve titanyum gibi hafif metaller

- Bak r ve ala mlar gibi demir d a r metaller

.


38/85

27

ekil 6.5. Plazma Sprey Kaplamalar nda Kullan lan Genel Kaplama Malzemeleri


39/85

28

6.7. Plazma Spreyin S n fland r lmas

Plazma spreyin s n fland r lmas genellikle benzer esaslara dayanmaktad r. Bu

varyasyonlar

n farkl

l

her eyden nce atmosfer artlar

na (Hava, nert gaz,Vakum, Su vb.), plazma flecinin dizayn na ve kullan lan plazma parametrelerine

bal d r. ekil 6.6' de plazma spreyin s n fland r lmas verilmitir. Endstriyel alanda

yayg n kullan m olan "Atmosferik Plazma Sprey", (APS), " Vakum Alt nda Plazma

Sprey", (VPS), ve "Inert Gaz Atmosferi Alt nda", (IPS), yap lan kaplama

yntemleridir. Gnmzde "Su Alt nda Plazma Sprey" ve "ndktif Plazma Sprey"

yntemleri zerindeki arat rmalar halen devam etmektedir [DIN 32530,

Thermisches Spritzen, 1975].

ekil 6.6. Plazma Sprey Ynteminin S n fland r lmas [D N 32530, Thermisches

Spritzen, 1975].

6.8. Kaplama Yzeylerinin Haz rlanmas

Yzeylerin kusursuz ve olarak haz rlanmas ve nihayetinde hemen kaplaman n

uygulanmas , kaplaman n yap ma mukavemetini art r r. Metalik yzeylerde iyi

bir yap ma yzeyin temizlii ile doru orant l d r.

Kaplama yzeyi ya, pas, kav ve kirlerden ok iyi bir ekilde temizlenmi


40/85

29

olmal d r. Yalar n ortamdan uzaklat r lmas iin kimyasal zcler (alkol)

kullan lmal veya s tma ilemiyle yzeydeki yalar yak lmal d r.

Kaplama uygulanacak yzeye, ya giderme ileminden sonra uygulanacak

ikinci ilem kumlama (a nd rma yard m yla yzey przlendirme) d r. Kaplama

yzeyine SiC, 32O Al veya kuvarz kumu pskrtlerek yap lan yzey przlendirme

ilemi kaplaman n yap ma mukavemetini artt r r. Yzey haz rlaman n tipi ve yzeyin

przllk derecesi kaplaman n cinsine ve kal nl na bal d r.

Tablo 6.1. Kumlama Malzemeleri ve Kumlama Bas nlar [D N 8567, Vorbereitung

metallischer Oberflachen fr das thermische Spritzen, 1976].

Kumlama Malzemeleri Kumlama Bas nc (min., bar)

Elektrokorund veya SiC 3

Seri Dkm Malzemesi 3

Cruf Esasl Kumlama Malzemesi 4

Kuvars Kumu 4.5

Kumlama iin kullan lan havan n ve kumlama malzemelerinin kuru olmas

gerekmektedir. Ayr ca kumlama malzemelerinin daha nce baka bir ama iin

kullan lmam olmas , yas z ve temiz olmas nemlidir. Arzu edilen yzey

przllne keskin keli kumlama malzemeleriyle ula lmaktad r. Kumlama

malzemelerinden elektrokorund ve keskin keli sert dkm esasl yzey a nd r c lar

farkl tane byklklerine sahiptirler. rnein, et kal nl fazla olan elik yap lar iin

tane bykl 0.5-1.5 mm aras ndad r. Kuvarz kumu veya cruf esasl

przlendiriciler iin 0.5-2 mm tane bykl, uygun yzey przlln

salamaktad r. Kumlama sonucu elde edilen przllk derecesi;

- a nd r c n n tane boyutuna,

- hava bas nc na ve

- ana malzemenin yzey sertliine bal d r.

Kaplama uygulanacak yzeylerin haz rlanmas nda talama ve planyeleme de

kullan lmaktad r. Talama ve planyeleme ilemi yzeyde homojen bir yap ,


41/85

30

oluturduu taktirde baar l olmaktad r. Talama ve planyeleme ilemleri soutma

s v s olmaks z n ve yas z ortamda yap lmal d r. Yzey haz rlama ileminde besleme

h z , di derinlii para llerine ve kullan m amac na gre seilmelidir. Tablo 6.2' de

baz malzemeler iin tavsiye edilen tornalama deerleri verilmitir.

Tablo 6.2. Yzey Haz rlamain Tornalama Deerleri [D N 8567, Vorbereitung


Ana Malzeme Besleme H z (mm)(h)

Di Derinlii(mm)

elik 3-1.5 0.5 Dkme Demir 2-2.5 1-3 Dier Metaller 1.5 1

Kk dinamik zorlamalara maruz paralarda tornalama ve talama iin

gerekli deerler ekil 6.7de verilmitir. Ayr ca elektrikli yzey przlendirme

yntemi, fazla et kal nl na sahip ve statik zorlamalar alt nda al an paralar n

yzeyinin haz rlanmas nda kullan l r. Burada Nikel elektrodu elektrik ark nda ergitilir

ve eriyen kk partikller kaplanacak yzeye yap r. Krater biimli tabaka ana

malzeme ile balanma imkan salar [D N 8567, Vorbereitung metallischer Oberflachen fr das thermische Spritzen, 1976].

ekil 6.7. Tornalama ve Talama Yzey Deerleri [D N 8567, Vorbereitung


Ana malzeme ve yzey kaplama malzemelerinin farkl genleme katsay lar na

sahip olmas nedeniyle ara kaplamalar gerekir. Al, Ni, Mo gibi ara kaplama

malzemeleri kaplama tabakas n n yap ma mukavemetini artt r r.


42/85

31

Kaplama tozlar n n yzeye uygulamas s ras ndaki dier bir ilem yzeyin n s t lmas d r. Bu ilem kaplama tozlar ile yzey aras ndaki s cakl k fark n azaltarak

kaplama tozlar n n yzeyde daha iyi tutunmas n salar. Kaplama tabakalar n n sadece

belirli bir yzeye uygulanmas durumunda, dier yzey alanlar n n (dili k s mlar,

yataklar, kanallar, delikler vb.) kaplanmamas iin folyo, yanmaz bant veya zel

kumala rtlerek kaplanmas nlenir.

6.9. Plazma Partikl Etkileimi

Plazma gaz ile partikller aras nda plazma spreylemede kullan lan gazlar n

inert yap s nedeni ile kimyasal reaksiyonun meydana gelmedii dnlmektedir.Bununla birlikte yksek h zdaki s cak metalik partikller hava ierisinden bir altl k

malzeme zerine gnderilir ise ortamdaki hava plazma gaz ierisine ekilmekte,

havadaki 2O ve N2 plazma jeti ile reaksiyona girebilmektedir ve oluan oksit

veya nitrrler daha sonra kaplamaya dahil olmaktad rlar. Metalik kaplamalar n

spreylenmesi esnas nda toz partikllerinin korunmas ve kaplamalar n

kalitelerinin gelitirilmesi amac ile spreyleme ileminin inert gaz veya vakum

ortam iersinde gerekletirilmesi ile yksek kalitede kaplamalar elde edilmektedir [Gill ve Tucker, 1986].

6.10. Plazma Altl k Malzeme Etkileimi

6.10.1. Kat lama

Toz partiklleri altl k malzemeye arpma an nda tamamen ergimi, k smen

ergimi veya hi ergimemi halde olabilmektedir. K smen ergimi veya hi

ergimemi partikller dk kelti younluklar ve kelme verimlilikleri

meydana getirmektedir. Youn ve yksek mukavemetli keltilerin elde edilmesi

iin ise;

a-) Altl

k malzeme zerine gnderilen partikllerin byk bir k

sm

n

naltl k malzeme veya nceden kelmi partikller zerine arpmadan nce


43/85

32

ergimi olduklar hale s t lmalar gerekir.

b-) Partikllerin nceden kelmi partikllerin dzensizlikleri ierisine

akabilmesi iin yeterli h

za sahip olmas

gerekir.

c-) Partikller aras nda veya partikl altl k malzeme aras nda kuvvetli

balanman n oluturulmas gereklidir [Apelian ve ark. , 1983].

Spreylenen partikl tam olarak ergimi olmad zaman ince k smi ergimi

d tabaka zerine yay l r oysaki ergimemi partikl ergimemi ekirdei pseudo-yar

kresel ekle deforme olmakta ve kaplama tabakas nda bir boluk oluturarak sekmektedir. Tamam ile ergimi partikl altl k malzemeye arpt nda ise

diske radyal olarak yay l r [Apelian ve ark. , 1983]. rnein 37 m 'lik bir toz

partikl tamam ile ergimi halde arpma sonras yakla k olarak 150( m

ap nda ve 1.5 m ap nda bir disk meydana getirmektedir[Lang, 1983].

ekil 6.8. Tamam ile ergimi partikln altl k malzeme ile etkileimi

[Herman, 1988]


44/85

33

6.10.2. Is Transferi

Altl k malzemeye arpan damlac n geirdii souma h z olduka yksektir.

105-106 Ks civar nda gerekletii tahmin edilmektedir. Bu yksek souma h zla

mikron alt tane boyutlu (0.25-0.50 m ) kaplama mikroyap s meydana

getirmektedir ve plazma spreylemele oluturulan kaplamalar bir ok sebepten ayn

bileimdeki dkm veya dvme malzemelerden stn mekanik zelliklere sahip

olabilmektedir [Apelian ve ark. , 1983].

6.10.3. Kaplama-Altl k Malzeme ve Partikller Aras ndaki

Balanma

Plazma sprey kaplamalarda kaplama-altl k malzeme ve partikller aras ndaki

balanma temel mekanizma ile gereklemektedir [Apelian ve ark. , 1983];

a-) Mekanik Ba; Altl k malzemenin yzey przll ile kaplama

aras ndaki mekanik kilitlenme ile mekanik ba oluturulmaktad r.

b-) Metalurjik Ba; Metalurjik ba, kaplama ile altl k malzeme aras nda

bir interdifzyon blgesinin veya bir ara bileiin oluumu ile salanmaktad r.

o) Fiziksel Ba; Kaplama ile altl k malzeme aras ndaki Vander-Walls

kuvvetleri fiziksel ba olarak adland r lmaktad r.

Kaplama ile altl k malzeme aras ndaki balanma genellikle ayn anda ileyen

birden fazla balanma mekanizmalar n n bir sonucu olmaktad r. Altl k

malzemenin yzey topografyas oluan mekanik balanman n derecesini

etkileyen temel bir deikendir. Abrasif partikllerin pskrtlmesi gibi ilemler

kaplaman n altl k malzeme ile olan mekaniksel kilitlenmeyi kolaylat rmaktad r.

interdifzyon blgesi veya bir ara faz n oluumu ile oluan metalurjik ba ya

altl k malzeme ile arpan damlac klar aras ndaki lokal difzyon ya da altl k

malzemenin lokal fzyonu ve ergimi malzeme ile ergimi keltinin

etkilemesinin sonucu olumaktad r.


45/85

34

6.11. Sprey Parametrelerinin Kaplama zelliklerine Etkisi

Kaplama tabakalar n n zellikleri ve kullan m alanlar tabaka ierisinde bulunan

fazlara, oksitlere, inklzyonlara ve porozite yzdesine bal d r. Ayr ca kaplama

kalitesi, kaplanacak yzeye arpan partikllerin h z na, s cakl na ve sprey

parametrelerine de bal l k gsterir. Genel olarak taban malzemeleri ve sprey

parametreleri kullan m amac na gre seilmektedir

Plazma sprey parametreleri; tabanca ile yzey aras ndaki mesafe, kaplama

tozunun tane boyutu ve boyut da l m , tabancan n gc, plazma gazlar ve kar m

oranlan, toz besleme h z ve kaplanacak yzeyin s cakl olarak say labilir. Kaplama

parametreleri; kaplamadaki kal nt gerilmelere, porozite miktar na ve da l m na,

kaplaman n kal nl na, sertliine, oksit ieriine ve kaplaman n yap ma

mukavemetine etki eder. Ayr ca sprey partikllerinin kaplanacak malzemeye yksek

h zla ve ayn zamanda soumadan yksek s cakl kla ulamas , kaplama zelliklerini,

kaplama younluunu ve yap ma mukavemetini artt r r. Seramik kaplamalarda sprey

malzemesi olarak toz formunda malzeme kullan lmas ve sprey teknii ile yzeye

yap malar sebebiyle yksek porozite mevcuttur. Is izolasyonu amac yla retilen

termal bariyer kaplamalar nda porozite arzu edilen bir zelliktir. Ancak kaplaman n

mukavemeti ve kaplaman n yap ma mukavemeti porozite nedeniyle azalmaktad r.

Tabanca ile kaplama yzeyi aras ndaki mesafenin fazla olmas kaplama

tabakas ierisindeki porozite miktar na etki eder. Yine bu mesafenin fazla olmas yla,

ergimi tozlar kaplama yzeyine ulamadan, souyup kat laabilir. Bunun sonucu

olarak, kaplaman n yap ma mukavemeti olumsuz ynde etkilenir. Kaplama esnas nda

al nan yolun fazla olmas neticesinde youn kaplama eldesi zorla r. Kaplama

tabancas ile yzey aras ndaki a sprey h z na bal olarak deiir. En youn ve

yap ma mukavemeti fazla olan kaplamalar 90 ' lik a alt nda yap lanlard r. Ayr ca

kaplamalar n manuel olarak yap lmas homojen bir kaplama tabakas eldesini zorlat r r ve sprey mesafesi artt ka kaplamadaki porozite miktar artar.

Kaplama zelliklerine etki eden dier faktr, kaplama tozlar n n tane

bykl ve boyut da l m d r. Kullan lan tozlar n sprey parametrelerine uygun


46/85

35

seilmesi nemlidir. Tozlar sisteme dzenli bir ekilde ve sabit bir miktarda

verilmelidir, genellikle bu ilem pnmatik olarak salan r. Kullan lan tozlar n tane

boyut aral s n rl d r. Kullan lan tozlar n ok kk boyutlarda olmas durumunda

tozlar buharlaabilir veya bunun tersi durumunda, fazla byk olan tozlar yeterince

ergimez ve kaplama tabakas ierisinde aynen kalabilir [D N 32529, Pulver zum

thermischen Spritzen , 1983].

Sprey prosesinde kullan lan tabancan n gl olmas durumunda ergimi

kaplama malzemesi daha yksek bir h zla ve daha yksek bir s cakl kla kaplama

yzeyine ulaarak olduka youn ve porozitesi daha dk kaplamalar elde

edilmektedir.

Kaplama zellikleri, n haz rl k olan kumlama, ya giderme ilemlerine ve

kaplaman n kal nl na, sistemin gcne, kullan lan gaz debisine de bal d r. Kaplama

tabakalar nda aranan en nemli zelliklerden biri de kaplamalar n sertliidir.

Kaplamalar n sertlii zerinde etkili olan parametreler; porozite ierii, kaplamadaki

oksitler, toz zellikleri, prosesin tr ve sprey tabancas n n gcdr. Plazma sprey

yntemi ile kaplanm tabakalar n sertlik deerleri ve uygulama alanlar Tablo 6.3' de

verilmitir.

Kaplamalarda taban malzemesinin titreiminin termal sprey tabakas na olan etkisi

byktr. Makroskobik ve mikroskobik tr zorlanmalar alt nda, saf oksit esasl

tabakalar n davran , metal oksit esasl tabakalara nazaran daha iyidir. Bu davran

oksit tabakalar ierisindeki porlar n daha fazla olmas na balanmaktad r. Ayr ca

tabakalarda oksit yzdesinin artmas yla younluk azalmas na kar n sertlik art

grlmektedir [Knotek ve ark. , 1984].


47/85

36

Tablo 6.3. Plazma Spreyle Kaplanm eitli Tabakalar n Sertlii [Knotek].

Max. Ana Malzeme Sertlik kullan m Uygulamalar

s cakl (C)

Molibden Re 85 350 A

nmaya direnliPaslanmaz elik Rb 80 540 Korozyona direnli

Tungsten Karbr Re 60 580 Sert,a nma ve korozyon

direnciAlminyun oksit Re 70 1650 A nmaya direnli, yal tkan

Kromoksit Re 72 540 A nmaya direnli

Titanyumoksit Re 53 540 Sert, a nmaya direnli

Zirkonyumoksit Re 30 1090 Termal bariyer zellii

6.12. Prosesin Endstriyel Uygulama Alanlar

zellikle plazma sprey ynteminin yksek proses s cakl ergime noktas yksek

metal ve ala mlarla al maya imkan salamaktad r. Ayr ca inert ortamlarda, vakum

ortam nda kullan labilmesi yntemin avantajlar ndand r. Toz formunda ve belirli

tane boyutlar nda retilen tm malzemeler bu proseste baar yla

kullan lmaktad r. Plazma sprey yntemi malzemelerin kaplanmas yan nda a nma, s nma ya da korozyon sebebiyle bozulmu alanlar n tamirat ilerinde de kullan l r.

Bylece malzemelerin servis mrleri uzat lmaktad r. Plazma sprey ile kaplanm

malzemelerin baz kullan m alanlar u ekilde s ralanabilir (ekil 6.9).

-Uak ve uzay endstrisinde yksek s cakl a kar , trbin kanat klar nda,

roket gvde kabuunda, yanma odas nda, pervane platformlar nda termal bariyer

kaplamalar olarak,

-Termik santraller, gaz ve dizel trbinlerinde dizel motorlar nda, uak

motorlar ndaki trbin palelerinde erozif a nmaya kar ,

-Matbaa ve ka t endstrisinde, kesme b aklar nda ve hadde silindirlerinde

a nmaya kar ,

-Makine imalat endstrisinde srtnme ve a nmaya maruz kalan hareketli


48/85

37

makine elemanlar nda,

-Tekstil endstrisinde zellikle bobin ve zg makineleri, katlama, bkm

makineler, ipliin h zla getii iplik ynlendiricilerinde a nmaya kar

-Otomotiv motorlar nda piston balan, sbaplar, silindir kapaklar nda, eksoz

sbaplar nda termal izolasyon amac yla

-Elektrik santrallerinde k zd rma borular , yanma kamaralar ve s t c duvarlar ,

-Bio-medikal uygulamalar nda suni eklemler ve kemikler olarak,

-Gnlk yaant m zda tavalar n i yzeyinde ve tlerin tabanlar nda,

-Kimya endstrisinde, ayr ma kulelerinde, termo element koruyucu borularda

vb. alanlard r [Kvernes ve ark. , 1987].

ekil 6.9. Termal Spreyin Genel Kullan m Alanlar [Kvernes ve ark. , 1987].


49/85

38

6.13. Plazma Sprey Kaplama ProsesininEkonomiklii

Gnmzde kullan

m

gittike artan ileri teknoloji seramiklerinin yan

ndaseramik kaplama teknolojisi de, endstrideki pazar pay n srekli artt rmaktad r.

2000' li y llara doru ise sadece ABD iin bu pazar pay n n % 9-11 artaca tahmin

edilmektedir (Tablo 6.4). Seramik kaplamalar ok geni bir perspektifte kullan m

alan bulmaktad r. Otomotiv motorlar nda sbap bal klar n n piston balar n n

seramik bir tabakayla kaplanmas sonucu, yanma s cakl n ykselttii gibi yak t

tasarrufu da salamaktad r. Otomotiv motorlar nda MCrAIY (M: Ni veya Co) ara

katman ve 32OY , CaO veya MgO ile k smen stabilize edilmi 2 ZrO (PSZ)

tabakas ndan meydana gelen termal izolasyon amal seramik kaplamalar kullan l-

maktad r. Gnmzde endstrinin %2 gibi kk bir blmn oluturan dizel motor

uygulamalar n n 2000' li y llara doru h zl bir art la %40' lara ulaaca tahmin

edilmektedir Tablo 6.5' de bir piston iin kaplanmam ve kaplanm durumdaki tahmini

maliyet deerleri verilmitir [Kvernes ve ark. , 1987].

Tablo 6.4. 1990 Y l Dnya Seramik Pazar [elik E. Ve ark., 1994].

Kullan m Alanlar 1990 ( 610 $) 1995* ( 610 $) 2000* ( 610 $)Uak motorlar veUzay aralar

203 337 560

Kesici tak mlar 133 184 254Otomobil, dizel vetrbin motorlar

7 19 49

Is deitiriciler 1 5 10A nan paralar 27 42 67TOPLAM 371 587 940

* Tahinini

Kaplanm bir piston, kaplanmam duruma gre yakla k 5 kat daha fazla

kullan m mrne sahiptir. Bu durumda, kaplama ileminin meydana getirdii

ek maliyet fazla nemli olmamaktad r.


50/85

39

Tablo 6.5. Kaplanm ve Kaplanmam Pistonlar n Maliyetinin Kar latr lmas

PSTON

Kaplanmam Fiyat (TL) : 2 000 000

Kaplama Alan (cm2) :

Kaplama Maliyeti (TL/cm2):

(TBC Zirkonya)

100

60 000

Kaplanm Fiyat : 8 500 000

Tekstil endstrisinde seramik kaplamalar zellikle bobin ve zg makineleri,

katlama, bkm ve dokuma makinelerinin atk cal klar gibi ipliin sratle (500-1000

m/dak) getii yzeylerin a nmadan korunmas amac yla kullan lmaktad r. Bu

yzeylere yksek a nma direncine sahip 32232 , OCr TiOO Al + , WC+Co esasl

seramik kaplamalar uygulanmaktad r. Seramik kaplanm bir iplik k lavuzunun ve

baraban n kaplanmam duruma gre yakla k 5-10 kat daha fazla kullan m mrne

sahip olmas , maliyeti nemli lde drmektedir. Tekstil endstrisinde kullan lan

iplik k lavuzu ve baraban iin maliyet hesab Tablo 6.6' da verilmitir.

Trbin paleleri, yanma odalar , pervane statrleri ve pervane platformlar gibi

eitli gaz trbin paralar n n zellikle s cak korozyona kar direnleri ile yksek

s cakl k kararl l klar n artt rmak ve s kay plar n azaltmak amac yla TBC' l esasl

seramik kaplamalar uygulanmaktad r. Trbin kanat klar na TBC uygulanmas ile

trbin giri s cakl 1500C' ye ykselmekte ve bylece yak t tasarrufu yan nda paralar n servis mrleri de artmaktad r [elik ve ark. , 1994].

Tablo 6.6. Bir plik K lavuzu ve Barabanin Maliyet Hesab [elik ve ark. ,1994].

MALYET PLK KILAVUZU BARABAN Kaplanmam Fiyat (TL) 300 000 3 000 000Kaplama Alan Kaplama Maliyeti(TL/cm2)Yzeyleme Maliyet(Taslama) (TL)

220 000

100 000

3020 000500 000

Kaplanm Fiyat (TL) 440 000 4 100 000


51/85

40

7. ALIMANIN AMACI

Bu al man n yap lmas ndaki ama kaplama yntemlerinden olan

HVOF(Yksek H zl Oksi-Yak t) ve plazma pskrtme yntemlerini kar lat r p

koullara gre hangi yntemle kaplaman n daha faydal sonular verebileceini tespit

etmektir.

Plazma sprey kaplama yntemi, metallerin eitli tozlarla kaplanarak a nmaya,

oksitlenmeye, korozyona ve s ya dayan kl hale getirilmesinde yayg n olarak kulla-

n

lan bir termal sprey kaplama yntemidir. Bu yntemle gerekletirilen ince bir kaplama sayesinde belirtilen zellikler elde edildii gibi, ana malzemenin stn

zelliklerinden tokluk ve kolayekillendirilebilme zellikleri de korunmaktad r.

Bylece plazma sprey kaplama, metal ve seramiklerin stn zelliklerinin yeni bir

malzemede toplanmas na imkan salamaktad r. HVOF ilemi ise bizlere birok

avantajlar sunar. Bunlar; kal n kaplama kapasitesi (belirli metaller iin 2.5 mm

den fazla), para bykl s n rlamas olmamas , kimyasal solsyon kullan m na

ihtiya duymamas ve daha dk tertibat (kurma) ve uygulama maliyeti.

Uygulanan mikro-sertlik testleri, XRD deneyleri, EDAX analizleri ve ekilen

SEM fotoraflar sayesinde deien koullar kar s nda hangi durumda hangi

yntemin daha faydal olaca na karar vermi olaca z.


52/85

41

8. DENEYSEL ALIMALAR

8.1. Deneyde kullan lan numunelerin spektral analizi

Deney al mas n n ilk aamas nda ayn altl k malzemeden (St3S) drt adet

numune kesilmitir.

Deneyde kullan lan altl k malzeme St3S eliinin Tablo 8.1 de kimyasal

kompozisyonu verilmitir.

Tablo 8.1. St3S eliinin kimyasal kompozisyonu [Stashlschluessel, 2001]

K MYASAL KOMPOZSYON (% a rl k)C Mn P S Al Si Cr Cu Ni

St3S%0.22(max)

%1.10 %0.05(max)

%0.05(max)

%0.02(min)

%0.1(min)%0.35(max)

%0.3(max)

%0.3 %0.3

8.2. Deneyin Yap l

Kaplama ilemlerinden nce altl k yzeyi kumlanarak temizlendi. Kumlama

ilemi kum boyutu 200 mikrondan byk olmayan kum partiklleri ve 6 atmosfer

bas n alt nda kumlama cihaz ile gerekletirildi.

Kaplama ilemlerinde kullan lan cihazlardan plazma pskrtme cihaz n nmarkas PN120, HVOF(Yksek h zda oksijen yak t ) ile kaplama ynteminde

kulland m z cihaz n markas ise JP 5000 d r.

Kaplama ilemi deney parametreleri Tablo 8.2. de gsterilen plazma pskrtme

ve Tablo 8.3 de gsterilen HVOF (Yksek H zl Oksi-Yak t) metodu ile Tablo 8.4

de ebatlar verilen numune yzeylerine uyguland .


53/85

42

Tablo 8.2. Plazma Pskrtme Metodu Deney Parametreleri

Plazma Pskrtme Metodu No Kaplama Malzemesi Toz

tr

Taneciklerin

boyutu

Jetin

yzeydenmesafesi

evresel

h z

Voltaj Ak m

1 CoWC CrNiBSi + 80% Ticaritoz

45-55 m 10 mm 20 cm/s 44 V 480A

2 )25/75(23 NiCr C Cr Ticaritoz

45-55 m 10 mm 20 cm/s 53 V 510A

Gaz bileimi ak

h

z

No Argon (I/h) Hidrojen (I/h) Nitrojen-Toztransferi iin (I/h)

1 2700 85 1102 2900 95 100

Tablo 8.3. HVOF (Yksek H zl Oksi-Yak t) Metodu Deney Parametreleri

HVOF (Yksek H zl Oksi-Yak t) Metodu No Kaplama Malzemesi Toz

trTaneciklerin boyutu

Jetinyzeydenmesafesi

evreselh z

Voltaj

3 CoWC CrNiBSi + 80% Ticaritoz

30-40 m 3000 mm 58 cm/s 44 V

4 )25/75(23 NiCr C Cr Ticaritoz

30-40 m 300 mm 58 cm/s 53 V

Gaz bileimi ak h z No Aviation kerosene

(I/h)Oksijen (I/h) Nitrojen (I/h)

3 22 890 114 26 920 11


54/85

43

Tablo 8.4. Numunelerin ebatlar

En (cm) Boy (cm) Kal nl k (cm)

Numune 1 (Plazma) 3.7 3.8 0.5 Numune 2 (Plazma) 3.6 3.8 0.6 Numune 3 (HVOF) 3.1 3.9 0.5 Numune 4 (HVOF) 2.9 3.8 0.6

Altl k malzemesi ST3S elii olan numunenin zerineCoWC CrNiBSi + 80% tozu pskrtlerek 1. no lu numune iin plazma pskrtme

ve 3. no lu numune iin HVOF yntemleri kullan larak kaplama yap ld . Bir dier toz olan )25/75(23 NiCr C Cr ise 2. no lu numune iin plazma pskrtme ve 4. no

lu numune iin HVOF yntemleri kullan larak kaplama yap ld .

1 no lu numune 45-55 mikron parac k boyutunda CoWC CrNiBSi + 80%

ticari tozlar ile yzeye 10 mm uzakl ktaki jet vas tas ile 20 cm/sn perihedral h z , 44

volt , 480 A ve 2700 (l/h) Ar+85 (l/h) 2 H ve toz ta n m iin 110 (l/h) N gaz

kar m n n ak h z ile kaplama ilemine tabii tutulmutur.

2 no lu numune 45-55 mikron parac k boyutunda )25/75(23 NiCr C Cr ticari

tozlar ile yzeye 10 mm uzakl ktaki jet vas tas ile 20 cm/sn perihedral h z , 53 volt ,

510 A ve 2900 (l/h) Ar+95 (l/h) 2 H ve toz ta n m iin 100 (l/h) N gaz kar m n n

ak h z ile kaplama ilemine tabii tutulmutur.

3 no lu numune 30-40 mikron parac k boyutunda CoWC CrNiBSi + 80%

ticari tozlar ile yzeye 300 mm uzakl ktaki jet vas tas ile 58 cm/sn perihedral h z ve

22(l/h) Aviation kerosene+890 (l/h) 2O ve toz ta n m iin 11 (l/h) N gaz

kar m n n ak h z ile kaplama ilemine tabii tutulmutur.

4 no lu numune 30-40 mikron parac k boyutunda )25/75(23

NiCr C Cr ticari

tozlar ile yzeye 300 mm uzakl ktaki jet vas tas ile 58 cm/sn perihedral h z ve 26


55/85

44

(l/h) Aviation kerosene+920 (l/h) 2O ve toz ta n m iin 11 (l/h) N gaz kar m n n

ak h z ile kaplama ilemine tabii tutulmutur.

8.3. Mikro-Sertlik lmleri

Kaplamalar n sahip olduklar sertlik deerleri enine kesitten altl a doru

200gr/f uygulanarak ZEISS marka mikro-sertlik cihaz ile llm, yzey sertlikleri

ise 300gr/f uygulanarak ZWICK Hardness Measurement Machine cihaz ile her

numune iin kaplama sertlik deerleri ve altl k malzemenin sertlik deerleri farkl

blmlerinden al nan deerlerin ortalamas al narak tespit edilmitir.

8.4. X-I nlar Difraksiyon Analizi ve EDAX analizi

Kaplanm numunelerin fazlar n n tespiti iin Rigaku X-Ray difraktometresi

kullan lm t r. lmlerde 1.504 A dalga boyunda 2s 20-90 aras nda olan Cu K n demeti kullan lm t r.

Kullan lan kaplama tozlar nda ve spreyleme neticesi oluan kaplamada mevcut

fazlar X- nlar difraksiyon analiz yntemi ile tespit edilmitir.

8.5. Taramal Elektron Mikroskobu (SEM)ncelemesi

Yzeyden kaplama morfolojisi incelendi.ncelemeler HITACHI S3400 N marka

SEM cihaz ile yap ld .


56/85

45

9. SONULAR VERDELENMES

9.1. X-I nlar Difraksiyonu Analizi

ki farkl toz tipi iin HVOF ve plazma pskrtme metodu kullan larak kaplanan

numunelerin mevcut fazlar n tayin etmek amac ile X- nlar difraksiyon analizi

kullan lm t r.

ekil 9.1 de retilen kaplamalar n X-I nlar paternleri gsterilmektedir. St3S

elii olan malzemenin zerine CrNiBSi+ 80% WC-Co tozu plazma pskrtmemetodu ile kaplan r ve elde edilen kaplaman n X- nlar analizinde bulunan fazlar n

grebiliriz. Bunlar WC (Wolfram Karbr), C W 2 , 493 C W Co , C W Co 96 , C W Ni 42 ,

37C Cr fazlar d r. Hakim faz ise yksek pikten tr WC faz d r.

St3S elii olan malzemenin zerine )25/75(23 NiCr C Cr tozu plazma

pskrtme metodu ile kaplan r ve elde edilen kaplaman n X- nlar analizinde bulunan fazlar n grebiliriz. Bunlar 23C Cr , 37C Cr , 623C Cr ve Ni fazlar d r. Hakim

faz ise yksek pikten tr Ni faz d r.(ekil 9.2)

St3S elii olan malzemenin zerine CrNiBSi+80% WC-Co tozu, HVOF

metodu ile kaplan r ve elde edilen kaplaman n X- nlar analizinde bulunan fazlar n

grebiliriz. Bunlar WC (Wolfram Karbr), C W 2 , 493 C W Co , C W Co 96 , C W Ni 42 ,

37C Cr fazlar d r. Hakim faz ise yksek pikten tr WC faz d r.(ekil 9.3)

St3S elii olan malzemenin zerine )25/75(23 NiCr C Cr tozu, HVOF

metodu ile kaplan r ve elde edilen kaplaman n X- nlar analizinde bulunan fazlar n

grebiliriz. Bunlar 23C Cr , 37C Cr , 623C Cr ve Ni fazlar d r. Hakim faz ise yksek

pikten tr Ni faz d r.(ekil 9.4)


57/85

46

ekil 9.1. St3S yzeyine plazma pskrtme metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co

tozlar n n pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi.

ekil 9.2. St3S yzeyine plazma pskrtme metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr

tozlar n n pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi


58/85

47

ekil 9.3. St3S yzeyine HVOF metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozlar n n

pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi

ekil 9.4. St3S yzeyine HVOF metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozlar n n

pskrtlmesi ile elde edilen kaplaman n X-I nlar analizi.


59/85

48

1. no lu numunede CrNiBSi + 80% WC-Co tozuyla, plazma pskrtme

yntemiyle ve 3. no lu numune ayn tozla HVOF yntemiyle kaplanm t r.

Aralar ndaki XRD grafiklerini k yaslayacak olursak 3. no lu numunede HVOF

ynteminde sertlie sebebiyet veren WC den (volfram karbr) tr daha fazla

sertlik oluumuna sebebiyet verdii grlr.

2. no lu numunede )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla plazma pskrtme

yntemiyle ve 4. no lu numune ayn tozla HVOF yntemiyle kaplanm t r.

Aralar ndaki XRD grafiklerini k yaslayacak olursak 4. no lu numunede HVOF

ynteminde sertlie sebebiyet veren 23C Cr den (krom karbr) tr daha fazla

sertlik oluumuna sebebiyet verdii grlr.

9.2. Mikro-Sertlik lmleri

9.2.1. Yzeyden Mikro-Sertlik lmleri

Numunelerin yzeyden mikro-sertlik lmleri 300 gr/f ykleme alt nda farkl

blgelerden al nan deerlerin ortalamalar al narak yap lm t r. Numunelerin deien

artlar kar s nda sertlik deerlerinin ortalamalar standart sapmalar ile birlikte

verilmitir.

Tablo 9.1 Numunelerin yzeyden sertlik deer ortalamalar ve standart sapmalar

Numune No. Yzeyden Mikro-sertlik (m)1 (Plazma pskrtme) CrNiBSi+ 80% WC-Co 526,43 82,252 (Plazma pskrtme) )25/75(23 NiCr C Cr 570,81 81,17 3 (HVOF) CrNiBSi+ 80% WC-Co 677,68 109,934 (HVOF) )25/75(23 NiCr C Cr 691,19 48,23

ekil 9.5 de kullan lan tozlar n HVOF ve plazma metodu ile oluturduklar

kaplama sertliklerinin kar lat r lmas verilmektedir.


60/85

49

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Plazma HVOF

Kaplam a Yntem leri

M i k r o s e r t l i

k ( H V )

CrNiBSi+%80 WC-CoCr3C2-NiCr

ekil 9.5. Mikro-sertlik deerlerinin kaplama yntemlerine gre deiimi.

9.2.2. Kesitten Mikro-Sertlik lmleri

Numunelerin kesitten altl a doru yap lan mikro-sertlik lmleri 200 gr/f yk

alt nda gerekletirilmitir.

Yzeyi plazma pskrtme (Numune 1) ve HVOF (Numune 3) metodlar ile

CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm olan numunelerin yzeylerinden altl k

malzemesine doru al nan sertlik deerleri ve ykn vurulduu noktan n

merkezinden bakalite kadar olan mesafelerin grafikleriekil 9.6 ve ekil 9.8 de

verilmitir.

Yzeyi plazma pskrtme (Numune 2) ve HVOF (Numune 4) metodlar ile)25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm olan numunelerin yzeylerinden altl k

malzemesine doru al nan sertlik deerleri ve ykn vurulduu noktan n

merkezinden bakalite kadar olan mesafelerin grafikleriekil 9.7 ve ekil 9.9 de

verilmitir


61/85

50

Sertlik-Mesafe De i imi

0

200

400

600

800

1000

0 100 200 300 400 500

Numune yzeyinden altl a do ru mesafe ( m)

M i k r o s e r t

l i k ( H V )

ekil 9.6. Plazma pskrtme metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm

olan elik iin sertlik-mesafe deiim grafii


0100200300400500600700800

9001000

0 100 200 300 400 500


M i k r o s e r t

l i k ( H V )

ekil 9.7. Plazma pskrtme metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm

olan elik iin sertlik-mesafe deiim grafii


62/85

51


0

200

400

600

800

1000

1200

0 100 200 300 400 500


M i k r o s e r t

l i k ( H V )

ekil 9.8. HVOF metodu ile CrNiBSi+ 80% WC-Co tozuyla kaplanm olan elik

iin sertlik-mesafe deiim grafii


0

200

400

600

800

1000

1200

0 100 200 300 400 500


M i k r o s e r t

l i k ( H V )

ekil 9.9. HVOF metodu ile )25/75(23 NiCr C Cr tozuyla kaplanm olan elik iin

sertlik-mesafe deiim grafii


63/85

52

1.numune iin 16 noktadan, 2.numune iin 15 noktadan, 3.numune iin 14

noktadan ve son olarak 4.numune iin 15 ayr noktadan kal nl k lm yap larak

elde edilen deerlerin ortalamalar al nm t r ve standart sapmalar bulunmutur.

Tablo 9.2. Numunelerin kal nl k ortalamalar ve standart sapmalar

Numune No

Kal nl k (m)

1 247,00 42,922 327,91 25,023 354,20 39,60 4 264,94 34,05

Numune kesitinden altl a doru 200 gr/f yk alt nda yap lan mikro-sertlik

deneyi sonucu elde edilen sertlik izlerinin SEM cihaz ndaki grntleri zerine

belirtilen deerleri farkl bytmelerde aa daki ekillerde gsterilmitir.

Farkl kaplamalarda oluan23

C Cr -WC gibi stabil karbrlerin varl sertlikteki

heterojen da l ma sebebiyet verir. Sertlik analizinde tarama yaparken Vickers ucu

ou zaman kaplama malzemelerine denk gelmesine ramen, bu karbrlere ucun

bast r lmas sonucu sertlikte ani art lar grlr. Yukar daki sertlik-mesafe

ekillerinde grlen malzeme yzeyinde ani art lar n ve dlerin grlmesinin

sebebi de o anda Vickers ucunun karbrl blgeye denk gelmesidir.

Numune 1 den numune 4e kadar farkl parametrelerde elde edilmi farkl

kaplama kal nl klar , geni bir yelpazede kaplama yapma zelliini gstermektedir.

Numune 1 iin seilen parametrelerle yap lm kaplamadan elde edilen kal nl k 247

HV iken, numune 3 iin farkl parametrelerde 355 HV elde edilmitir. Bylesi

sonular yzeyden derinlie farkl kal nl klardan farkl a nma mrlerini ortaya

kart r. Bu da farkl a nma durumlar iin malzeme kullan m n salar.

Kaplama kal nsa malzeme gevrek hale gelir. Kaplama kal nl artt ka darbelere

kar btn malzemenin direnci der. Yani malzeme gevrekleerek k r lgan bir hale


64/85

53

gelir. [Donald R. Askeland, 1998]:

Aa daki ekiller numunelerin sertlik izlerinin SEM grntleridir.ekillerde 3

farkl renkte blgeler grlr. Kesitten al nan SEM grntlerindeki bu blgeleri

aa dan yukar ya belirtecek olursak altl k malzeme, kaplama malzemesi ve bakalit

malzemesidir. Belirtilen deerler altl k malzemenin ve kaplama malzemesinin sertlik

deerleridir. Kaplama malzemesindeki yksek sertlik deerlerinin sebebi Vickers

ucunun karbrl blgelere tekabl etmesi sonucu oluur. Sonu olarak serlikteki ani

art lar meydana gelmektedir.

ekil 9.10. Numune 1 iin sertlik izlerinin SEM grnts

ekil 9.11. Numune 2 iin sertlik izlerinin SEM grnts


65/85

54

ekil 9.12. Numune 3 iin sertlik izlerinin SEM grnt

Documents

Ellikleri Structure and the Surface Behaviours of Steel Which Are Coated With Cr3c2 Nicr 75 25 and Crnibsi 80wc Co and Using Plasma Spraying and Hvof Methods